面向新型电力传感器的能量收集技术

电力传感器作为能源互联网的关键基础设施,其持续稳定的电力供应是保证能源互联网高效运行的前提。然而,传统供电方式存在诸多局限。全面梳理了面向新型电力传感器的能量收集技术,包括振动能量收集、温差能量收集、光伏能量收集和电磁能量收集等,这些技术利用环境中的分布式能源,通过不同的转换机理为传感器提供电力,有望解决供电难题。阐述了各种能量收集技术的应用现状,分析了目前所面临的关键技术挑战,如能量转换效率低、工作条件要求苛刻、器件可靠性和集成度有待提高等;探讨了未来能量收集技术的创新方向,包括开发新型高性能材料、优化器件结构设计、使用复合式收集技术等,以期实现更高的能量利用效率,满足新型电力传感器的实际需求,推动智能电网等相关领域的技术创新。

基于角域重采样和领域对抗网络的滚动轴承故障迁移诊断方法及实验分析

该文提出一种基于角域重采样和领域对抗神经网络的电机滚动轴承跨工况故障迁移诊断方法。首先对不同工况下的时域振动信号进行角域重采样,用以降低不同转速下振动信号的时频差异;然后利用领域对抗学习策略提取出源域与目标域数据中的领域不变特征,进一步减小不同工况间的数据分布差异。该文还搭建了电机滚动轴承故障诊断实验平台,针对6种跨工况迁移诊断任务开展了验证实验。实验结果表明,所提方法的故障平均迁移识别率高达95.08%。该故障诊断方法实验研究涉及信号处理、深度学习等领域知识,有助于学生掌握基本原理,锻炼理论联系实际的能力。

考虑逆变器谐波耦合的牵引传动系统机电耦合振动特性研究

作为牵引传动系统能量转换的关键部件,牵引电机在电气激励作用下会受到各种冲击载荷和周期激振力的作用,从而产生机电耦合振动,威胁牵引传动系统的可靠运行。对此,基于双惯量模型对牵引传动系统机电耦合振动特性开展研究。首先,建立牵引电机的双惯量模型,依据此模型对其固有频率进行计算,并介绍了机械传动系统的同频受迫振动模态。其次,根据逆变器的开关特性,着重分析了脉宽调制(PWM)导致的边带谐波转矩对机电耦合同频共振的影响,探索逆变器的频率耦合产生的间谐波对机电耦合系统的影响。接着,以传递函数的形式对考虑双惯量负载的牵引传动系统进行建模,从频域角度对系统机电耦合共振特性进行理论分析。最后,利用硬件在环测试对所分析结果进行验证。

基于端部漏磁场分析的集成式电机驱动系统在线匝间短路故障诊断

基于宽禁带器件的变频器具有高功率密度和耐高温工作的优势,通过小型化和轻薄化设计可以将变频器置于电机端盖与端绕组之间,构成结构紧凑的集成式电机驱动系统。该系统发生匝间短路故障时,短路绕组电流增大不仅会使电机内部温度升高导致电机绝缘性能降低,还将引起磁场变化影响变频器的正常工作。以一台1.5 kW的交流感应电机为例,搭建基于宽禁带器件的集成式电机驱动系统三维物理模型,利用数学解析法分析并计算匝间短路故障前后的端部漏磁场,并提取电机内端部印制电路板(printed circuit board,PCB)表面与轴心距离相等、机械角度相差45°的两点处磁感应强度在直角坐标系下椭圆曲线的离心率反映端部漏磁场的对称性,以此为特征指标判断电机是否出现匝间短路故障。仿真与实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。

变频供电对异步电机电磁噪声的影响

针对某三相异步电机变频供电时,电机噪声明显增大且出现刺耳高频声的情况,利用数值仿真软件建立了电机磁场、振动和噪声模型,计算和分析了变频供电对电机定子电流、径向电磁力、电机振动和噪声的影响。研究发现,变频器供电时,电机定子电流在基波之外增加了基波的谐波分量和载波与谐波相互作用的频率分量,载波引起的电流分量增加了电磁力波的高阶分量,在研究频率范围内(个别频率除外),相比于正弦供电,电机振动速度增大至1.08~131.4倍,声压级增大了2.6~42.6dB。

基于d-q变换及WOA-LSTM的异步电机定子匝间短路故障诊断方法

为了实现对异步电机定子绕组匝间短路故障的可靠在线诊断,提出一种基于d-q变换及鲸鱼优化算法(WOA)优化的长短期记忆网络(LSTM)的故障诊断方法。通过理论推导可知,d-q变换可有效提取定子电流中的特征频谱数据。采用鲸鱼优化算法对长短期记忆网络中的3个关键参数进行优化,建立WOA-LSTM故障分类模型。为了验证基于d-q变换和WOA-LSTM故障诊断方法的有效性,分别以小波变换、快速傅里叶变换及d-q变换提取电流频谱数据作为输入数据集,以一台YE2-100L1-4型异步电机为实验对象进行实验验证。研究结果表明:相比于小波变换及快速傅里叶变换,采用d-q变换能更准确的提取出定子电流中的故障特征,更精确地反映电机故障状态,有助于提高故障分类准确率;相比于传统的LSTM算法,经WOA优化后的LSTM算法分类准确率可达98.3%,能可靠地实现不同程度匝间短路故障的诊断。

基于改进型ADRC的PMSM无位置传感器控制

针对永磁同步电机矢量控制中传统速度环PI调节器存在协调性与抗干扰能力差的问题,引入自抗扰控制(ADRC)替代速度环PI调节器,考虑到线性ADRC中PD控制存在性能较差的缺点,选择滑模控制代替PD控制,提出改进型ADRC控制方法;同时采用模型参考自适应系统(MRAS)取代传统机械式位置传感器对电机的转子位置进行检测,实现了永磁同步电机无位置传感器控制。通过采用改进型ADRC与MRAS相结合的控制方法,电机控制系统具有了更好的动态响应速度和抗干扰能力。最后通过永磁同步电机对拖实验平台对电机在转速恒定负载突变和带载启动转速突变两种工况下进行实验,验证了改进型ADRC与MRAS相结合的控制策略的有效性。

基于动态磁网络法大型感应电机阻抗参数及起动特性计算

为提高大型感应电机动态阻抗参数及起动特性计算的准确性及计算效率,构建了考虑电机转子转速变化引起气隙磁导变化的非线性动态磁网络模型。以一台6.5 MW大型感应电机为例,分析起动电流变化对电机内各处饱和程度的影响机理,在此基础上,根据磁力线路径及电机内饱和程度确定动态磁网络模型中的非线性磁导的计算方法。将动态磁网络模型与转子趋肤效应模型相结合,提出计及漏磁并考虑转子转速变化及饱和偏移现象的电机动态阻抗参数的计算方法。推导并建立基于转子多回路法的大型感应电机的动态数学模型,根据电机瞬态过程中的电磁耦合关系,确定动态数学模型与磁网络模型的动态耦合求解方法,提出大型电机瞬态过程中考虑电流、转速、饱和及趋肤程度变化的动态阻抗参数及起动特性的计算方法。通过与有限元计算结果及实验结果对比,验证了所提出计算方法的正确性。

基于机器学习的异步电机故障诊断方法

针对以往异步电机故障诊断中特征提取能力不足导致诊断效果较差的问题,提出了一种基于机器学习的异步电机故障诊断方法,该方法使用了注意力机制(AM)的多尺度卷积神经网络(MSCNN)-双向长短时记忆网络(BiLSTM)的异步电机故障诊断模型,通过加入通道注意力机制改进学习机制,使用3种不同尺度提取数据特征,使用BiLSTM对周期故障振动信号进行时序特征的提取,添加自注意力机制关注重点故障特征,引入残差模块减少噪声和冗余数据的影响,最后,通过Softmax分类输出诊断结果。结果表明,该模型能够有效提取数据集中的故障特征,与其他4种常见模型进行对比,体现其稳定性和高诊断性能,针对异步电机故障诊断的准确率达到98.5%。

基于三相异步电动机维修操作技术的研究

三相异步电动机应用广泛,其维修核心嵌线技术特殊又不易掌握。理论电动机绕组展开图与实际操作习惯不是很吻合,为方便学员高质量依图施工掌握嵌线技术,改进电动机绕组展开图起始槽为第一槽、改进绕组头尾处在有效边所在槽位、改进绕组电流方向为一实际瞬间方向;改进电动机完整维修技术为五个技术模块。实践证明改进的方法效果好效率高,维修后的电动机性能稳定,初学者在改进方法下能高效快速掌握电动机维修技术。

基于MATLAB仿真技术的三相笼型异步电动机能耗制动特性研究

该文将MATLAB的仿真技术应用于三相笼型异步电动机能耗制动特性的电机学教改过程中。通过由三相交流电压源、三相配电变压器、匹配并联电容器和三相笼型异步电动机构成的主电路在负载转矩随转速正比变化及随转速正比和平方变化的负载条件下的起动特性、能耗制动特性仿真,呈现其电压、电流、转矩和转速的波形变化趋势,提供一种电机学理论形象化、直观化的手段。

异步电机永磁悬浮轴承结构设计与动力学计算

为保证异步电机转子在永磁悬浮状态下仅有微摩擦特性,必须保证永磁轴承具有稳定的高势能状态。采用一个机械调心滚子轴承限定其转子轴向位移。基于气隙磁导及等效磁荷法计算出转子所受不平衡磁拉力,并给出永磁轴承定转子气隙、转子偏移、永磁轴承环数划分、气隙位置与径向刚度之间的关系,对上述参数进行优化以获得永磁轴承的最佳径向刚度,使永磁轴承能有效平衡电机转子所受的不平衡磁拉力。通过对转子涡动轨迹及临界转速进行分析,验证了异步电机永磁轴承悬浮结构可实现微摩擦悬浮。

基于小波包能量分析和信号融合的异步电机转子故障诊断

为提高异步电机转子故障诊断的可靠性,文中介绍了一种基于小波包能量分析和信号融合的异步电机转子故障诊断方法。采用定子电流信号和振动信号的频谱特征融合作为转子断条以及气隙偏心故障的诊断依据,首先对信号进行小波包分解,获得不同小波包频带节点下对应的能量分布,并与正常电机信号进行比较,进而对能量异常的信号频段进行小波包节点重构,最后通过快速傅里叶变换识别故障特征频率,诊断电机故障是否发生。通过仿真分析,验证了该方法的有效性和实用性,对于电机运行状态的准确监测具有重要意义。

具有低开关频率的感应电机无传感器控制

着眼于传统低开关频率控制方法对无感磁链观测带来不利影响的问题,提出了一种具有低开关频率的感应电机无传感器控制方法.使用速度自适应滑模观测器与预测控制方法相结合,构成感应电机无传感器预测控制系统.其可以在较高采样频率下,有效降低开关频率,并保证系统具有较高的动态特性.同时,滑模思想的引入使观测器具有较强的鲁棒性.实验结果表明,所提出的低开关频率无传感器控制策略具有较高的控制精度和较强的抗干扰性能,研究的自适应滑模观测器在稳态和动态实验中均具有良好的观测精度,其中电流环响应时间可以达到1.52 ms,可以实现75 r·min^(–1)及以上转速范围内的稳定观测及运行,且系统最高平均开关频率保持在500 Hz上下,为较低的水平.

基于高频电流信号的电机故障特征提取方法

目前异步电机故障诊断主要依赖于振动、温度和噪声等参数,对于监测的电气信号,主要用于分析电机输出动力情况。电气信号中除了体现电机动力输出特征外,还包含丰富的机械故障、电气故障等信息特征。由于电气信号中的故障特征信号微弱,易被基频分量与噪声湮没而难以突出故障特征,不利于电机状态监测与故障诊断,因此提出了一种基于高频电流信号解调的电机故障特征提取方法,针对采样率不低于25.6 kHz的电机定子高频电流信号,综合运用高通滤波、Hilbert变换、快速傅里叶变换(FFT)3种分析方法,提取高频电流中电机故障的微弱特征信号,应用神经网络算法对电机正常、静态偏心、动态偏心、转子断条、轴承内圈、轴承外圈6种状态进行了诊断。该方法准确提取了电流信号故障特征,并成功识别了6种故障。

充水式潜水电机温度场仿真分析

为了避免充水式潜水电机在运行过程中局部过热导致绝缘失效,造成匝间短路故障的问题,提高电机运行的可靠性,以一台500k W充水式潜水电机为例,搭建了充水式潜水电机包括冷却器、外部水道、吸水罩在内的三维全域温度场仿真模型。模型对定子槽内部分进行了简化的同时考虑了定子槽内冷却水的流通,进一步提高了温度场仿真的精度。最后,对充水式潜水电机内外循环散热过程进行了仿真分析,并通过搭建充水式潜水电机试验平台对温度场仿真结果进行了验证。

自通风型牵引电机气动噪声特征分析与控制研究

本文以自通风型牵引电机为研究对象,对气动噪声特征进行了分析,包括噪声的物理度量、气动噪声的鉴别以及气动噪声的分类。通过空载噪声试验,分析原型机的噪声成分,确定主要噪声源。基于CFD理论计算电机整机稳态流场,获取系统风阻、速度分布等参数,根据流动特性预测评估电机气动噪声。通过进出风结构与动力风扇的优化设计,从声源上降噪,并采用隔声罩从噪声传播路径上控制噪声。经试验验证,在高转速段,采用通风优化设计与声学措施使电机气动噪声得到明显改善,结论可为自通风型牵引电机的降噪设计提供理论参考。

偏斜转子槽形感应电机正反转性能差异的研究

转子槽形沿径向偏斜后的电机电磁性能受电机转向影响。为减小偏斜转子槽形电机正反转时的性能差异,提出一种槽身偏斜槽形,保证槽形的槽口区域轴对称。基于转子槽漏磁模型,对比径向偏斜与槽身偏斜槽形,探讨槽形偏斜后的等效磁路变化,以及转子槽漏抗与主电抗参数随偏斜距离的变化规律。利用冻结磁导率法隔断主磁通的气隙路径,假设由槽内导体电流产生的转子漏磁场仅包括槽漏磁场,计算电机正反转下不同槽形偏斜距离时的槽漏抗值,并根据等效电路模型计算相应的主电抗值。最后,仿真计算两类偏斜转子槽电机的输出转矩与功率因数,结果表明转子槽身偏斜电机正反转时的性能接近,而且受槽形偏斜距离的影响较小。偏斜转子槽形的不对称槽口区域是引起电机正反转性能差异的主要原因。

基于电流误差加权转速自适应律的异步电机无速度传感器设计方法

针对异步电机无速度传感器低速运行不稳定的问题,提出一种基于电流误差加权转速自适应律的异步电机无速度传感器设计方法。首先,采用小信号线性化模型分析方法说明转子磁链误差与励磁电流误差之间的关系,进而得出新的转速自适应律;然后,推导所提转速自适应律的开环传递函数,采用劳斯稳定性判据得出系统稳定运行的条件,借助MATLAB软件确定加权系数的取值;最后,将反馈矩阵引入含有改进转速自适应律的系统中,分析所提方法的极点分布规律。实验分析表明,所提方法具有较好的稳定性和优越性。

级联MOSFET均压测试方法研究

文章分析了传统均压测试方法中,隔离高压探头寄生参数对级联MOSFET均压效果的影响。通过改变同一高边MOSFET的DS电压测试探头数量,分析了测试方法引入寄生参数的变化对瞬态均压的干扰程度。基于此提出了一种减法均压测试方法,并对所提出的减法均压测试方法的优化进行了分析与实验验证。实验结果表明该测试方式能精确评估级联MOSFET在稳态以及开通、关断瞬态的均压效果,且不受测试线缆寄生参数的影响。